2026年集成电路低功耗设计全国测验试卷及答案

2026年集成电路低功耗设计全国测验试卷及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：2026年集成电路低功耗设计全国测验试卷考核对象：集成电路设计专业学生及从业者题型分值分布：-判断题（20分）-单选题（20分）-多选题（20分）-案例分析（18分）-论述题（22分）总分：100分---一、判断题（共10题，每题2分，总分20分）1.低功耗设计的主要目标是在满足性能要求的前提下最大限度地减少电路功耗。2.CMOS电路的静态功耗主要来源于亚阈值电流和漏电流。3.电源门控技术（PowerGating）通过完全断开晶体管的电源通路来降低静态功耗。4.动态电压频率调整（DVFS）技术仅适用于高性能计算芯片，不适用于低功耗应用。5.晶体管的阈值电压（Vth）越高，亚阈值电流越小，静态功耗越低。6.低功耗设计中的时钟门控（ClockGating）技术可以减少时钟网络的动态功耗。7.电路的功耗与其工作频率成正比，与电压的平方成正比。8.低功耗设计中的电源网络优化主要目的是降低电源噪声，而非减少功耗。9.异步电路由于没有时钟信号，因此可以实现零功耗运行。10.FinFET晶体管相比传统PlanarMOSFET具有更低的漏电流，更适合低功耗设计。二、单选题（共10题，每题2分，总分20分）1.以下哪种技术不属于低功耗设计方法？（）A.电源门控（PowerGating）B.动态电压频率调整（DVFS）C.电路级联（Cascading）D.时钟门控（ClockGating）2.在低功耗设计中，以下哪种晶体管结构具有最低的漏电流？（）A.PlanarMOSFETB.FinFETC.SOIMOSFETD.GaNHEMT3.以下哪种电路拓扑结构最适合低功耗应用？（）A.同步电路B.异步电路C.脉冲模式电路D.以上皆非4.低功耗设计中，以下哪种方法可以显著降低亚阈值电流？（）A.提高工作频率B.降低阈值电压（Vth）C.增加电源电压（Vdd）D.优化电源网络5.动态电压频率调整（DVFS）技术的核心思想是？（）A.在高负载时提高频率，低负载时降低频率B.始终保持高频率运行C.始终保持低频率运行D.禁用时钟信号6.以下哪种技术主要用于减少时钟网络的动态功耗？（）A.电源门控（PowerGating）B.时钟门控（ClockGating）C.电压调节器（VRM）优化D.电路级联（Cascading）7.低功耗设计中，以下哪种方法可以减少电路的漏电流？（）A.提高工作温度B.降低工作温度C.增加电源电压（Vdd）D.减小晶体管尺寸8.以下哪种电路结构最适合低功耗应用？（）A.CMOS电路B.BJT电路C.MOSFET电路D.以上皆非9.低功耗设计中，以下哪种技术可以减少电路的开关功耗？（）A.电源门控（PowerGating）B.动态电压频率调整（DVFS）C.电路级联（Cascading）D.时钟门控（ClockGating）10.以下哪种技术主要用于优化电源网络的分布，减少电压降？（）A.电源门控（PowerGating）B.动态电压频率调整（DVFS）C.电路级联（Cascading）D.电源网络优化（PowerNetworkOptimization）三、多选题（共10题，每题2分，总分20分）1.低功耗设计的核心目标包括？（）A.减少静态功耗B.减少动态功耗C.提高性能D.延长电池寿命2.以下哪些技术可以用于降低电路的静态功耗？（）A.电源门控（PowerGating）B.动态电压频率调整（DVFS）C.电路级联（Cascading）D.时钟门控（ClockGating）3.以下哪些晶体管结构具有较低的漏电流？（）A.FinFETB.SOIMOSFETC.PlanarMOSFETD.GaNHEMT4.低功耗设计中，以下哪些方法可以减少电路的动态功耗？（）A.降低工作频率B.降低电源电压（Vdd）C.优化电源网络D.减少电路开关活动5.动态电压频率调整（DVFS）技术的优势包括？（）A.降低功耗B.提高性能C.延长电池寿命D.增加电路复杂度6.以下哪些技术可以用于优化电源网络，减少电压降？（）A.电源门控（PowerGating）B.动态电压频率调整（DVFS）C.电路级联（Cascading）D.电源网络优化（PowerNetworkOptimization）7.低功耗设计中，以下哪些方法可以减少亚阈值电流？（）A.提高工作温度B.降低阈值电压（Vth）C.增加电源电压（Vdd）D.优化电路拓扑8.以下哪些电路拓扑结构适合低功耗应用？（）A.同步电路B.异步电路C.脉冲模式电路D.以上皆非9.低功耗设计中，以下哪些技术可以减少时钟网络的动态功耗？（）A.时钟门控（ClockGating）B.时钟多路复用（ClockMultiplexing）C.电源门控（PowerGating）D.电路级联（Cascading）10.以下哪些因素会影响电路的功耗？（）A.工作频率B.电源电压（Vdd）C.电路拓扑D.工作温度四、案例分析（共3题，每题6分，总分18分）1.案例背景：某低功耗移动处理器需要在不同负载下运行，其功耗随频率和电压的变化关系如下：-频率：1GHz时功耗为500mW，0.5GHz时功耗为250mW。-电压：1.2V时功耗为600mW，1.0V时功耗为400mW。问题：-若处理器在高负载时需要保持1GHz频率，低负载时可以降至0.5GHz，如何通过DVFS技术优化功耗？-若处理器在高负载时需要1.2V电压，低负载时可以降至1.0V，如何通过电压调整优化功耗？2.案例背景：某低功耗CMOS电路设计需要减少静态功耗，其电路结构包含多个逻辑门，其中亚阈值电流占静态功耗的60%。问题：-如何通过电源门控技术减少静态功耗？-如何通过优化晶体管尺寸减少亚阈值电流？3.案例背景：某低功耗电路设计需要优化电源网络，其电路包含多个模块，电源网络存在明显的电压降。问题：-如何通过电源网络优化技术减少电压降？-如何通过时钟门控技术减少动态功耗？五、论述题（共2题，每题11分，总分22分）1.论述题：请论述低功耗设计中的电源门控（PowerGating）和时钟门控（ClockGating）技术的原理、优缺点及适用场景。2.论述题：请论述低功耗设计中，如何通过电路级联（Cascading）和电路拓扑优化（TopologyOptimization）技术降低电路功耗，并举例说明。---标准答案及解析一、判断题1.√2.√3.√4.×（DVFS适用于多种应用场景，不仅限于高性能计算）5.√6.√7.√8.×（电源网络优化主要目的是减少电压降，从而降低功耗）9.×（异步电路功耗仍取决于电路活动，并非零功耗）10.√解析：-判断题主要考察对低功耗设计基本概念的掌握，需结合电路原理和设计方法进行判断。二、单选题1.C2.B3.A4.B5.A6.B7.B8.A9.B10.D解析：-单选题主要考察对低功耗设计方法的区分和理解，需结合实际应用场景进行选择。三、多选题1.A,B,D2.A,D3.A,B4.A,B,D5.A,C6.D7.B,D8.A,B,C9.A,B10.A,B,C,D解析：-多选题主要考察对低功耗设计多方面知识的综合理解，需结合多个选项进行分析。四、案例分析1.参考答案：-DVFS优化：高负载时保持1GHz，低负载时降至0.5GHz，功耗可从500mW降至250mW。-电压调整优化：高负载时保持1.2V，低负载时降至1.0V，功耗可从600mW降至400mW。解析：-DVFS通过调整频率和电压降低功耗，需根据负载需求进行动态调整。2.参考答案：-电源门控：通过断开不活动模块的电源通路，减少静态功耗。-优化晶体管尺寸：减小晶体管尺寸可降低亚阈值电流，但需平衡性能和功耗。解析：-静态功耗主要来自亚阈值电流和漏电流，需通过电源门控和晶体管优化降低。3.参考答案：-电源网络优化：增加电源轨数量，优化布线减少电压降。-时钟门控：通过断开不活动模块的时钟信号，减少动态功耗。解析：-电源网络优化和时钟门控是降低动态功耗的有效方法。五、论述题1.参考答案：-电源门控：通过断开不活动模块的电源通路，减少静态功耗。优点是简单高效，缺点是可能引入时序问题。适用场景：低活动模块的电源管理。-时钟门控：通过断开不活动模块的时钟信号，减少动态功耗。优点是简单，缺点是可能引入时钟偏移问题。适用场景：低活动模块的时钟管理。解析：-两种技术均通过减少不活动模块的功耗，但原理和适用场景不同。2.参考答案：-电路级联：通过将电路分为多个级联模块，低负载时关闭部分模块，减少功耗。优点是灵活，缺点是增加电路复杂度。-